RECENZJA Rozprawy doktorskiej mgr inż. Anny STRĘK pt

Kraków 2017-04-07
dr hab. inż. Tomasz MACHNIEWICZ
Katedra Wytrzymałości, Zmęczenia Materiałów i Konstrukcji
Akademii Górniczo – Hutniczej w Krakowie
RECENZJA
Rozprawy doktorskiej mgr inż. Anny STRĘK
pt.: „Ocena właściwości wytrzymałościowych i funkcjonalnych materiałów
komórkowych”.
Podstawą formalną opracowania recenzji jest zlecenie Dziekana Wydziału Inżynierii
Mechanicznej i Robotyki z dnia 07.02.2017 r.
1. Tematyka rozprawy
Oceniana praca koncentruje się na metalicznych materiałach komórkowych. Należą one do
stosunkowo nowej grupy materiałów i z uwagi na specyficzne cechy fizyczne – jak mała gęstość
pozorna, zdolność pochłaniania energii uderzenia, zdolność tłumienia dźwięków, właściwości
termoizolacyjne i in. – są przedmiotem zainteresowania przedstawicieli wielu dziedzin przemysłu,
m.in. lotniczego, kosmicznego, motoryzacyjnego, medycznego, budowlanego i in. Uzasadnia to
celowość i potwierdza praktyczny aspekt podjętego w pracy tematu.
W związku z tematyką i założonymi celami, praca ma także aspekt nowatorski; dotyczy
materiałów o słabo jak dotąd poznanych własnościach, co do których brak jest nawet ugruntowanej
terminologii i bezspornie akceptowanych metod badawczych, i których skomplikowana technologia
produkcji, chroniona tajemnicą nielicznych producentów, trudna jest do odtworzenia.
Tymczasem, celem pracy jest między innymi wytworzenie, a następnie dopiero zbadanie
materiału otwartokomórkowego z metalu o strukturze regularnej wypukło- i wklęsłokomórkowej.
Wskazuje to na interdyscyplinarny charakter pracy i uznać to należy za dość śmiałe
przedsięwzięcie. Doktorantka nie dysponowała bowiem gotowym materiałem do badań a na
początkowym etapie pracy nie można było przyjąć jako pewnik, że opanowanie technologii produkcji
komórkowego materiału metalicznego – co dotąd udało się nielicznym producentom na świecie, o
odpowiednio dużym zapleczu badawczym i technologicznym – zakończy się powodzeniem.
2. Ogólna charakterystyka rozprawy
Praca składa się z 6 rozdziałów rozmieszonych na 109 stronach formatu A4. Całość uzupełniają
zajmujące 36 stron załączniki (A i B) i zamyka spis literatury (10 stron), obejmujący 161 pozycji. Brak
jest – co uważam za pewien mankament (por. p. 4 recenzji) – wyraźnej linii podziału na część
dotyczącą przeglądu istniejącego stanu wiedzy i część opisującą własny wkład pracy Doktorantki w
rozwój wiedzy na podjęty temat. Do tej drugiej grupy można zaliczyć wybrane punkty rozdziału 3 (3.2
– 3.4, 3.6), oraz rozdziały 5 i 6 – łącznie 53 strony, co odpowiada bez mała 50% objętości zasadniczej
części pracy. Te zgrubne proporcje struktury pracy można zaakceptować, szczególnie, że ocena
objętościowa nie jest tu miarodajna. Duża liczba przywoływanych pozycji literaturowych, już na
etapie pobieżnej oceny pracy wskazuje na dobre rozeznanie Doktorantki w tematyce podejmowanej
w rozprawie. Baza bibliograficzna jest aktualna; ponad połowa przywoływanych pozycji (85) pochodzi
z ostatnich 10 lat.
Praca, poza załącznikami, zawiera łącznie 83 tabel i rysunków; 23 spośród nich dotyczy analizy
danych literaturowych, zaś 60 składa się na opis osiągnięć Doktorantki, co uzupełniają dodatkowo 32
tabele i ilustracje ujęte w załącznikach. W takim zestawieniu aspekt wzbogacenia stanu wiedzy
przeważa nad analizą stanu aktualnego, co jest relacją właściwą. Przedstawione ilustracje i tabele
cechuje wysoki poziom graficznego dopracowania; są przejrzyste i łatwe w interpretacji.
Zastanawia jedynie nietypowy – bo wspólny – sposób numerowania tabel i rysunków.
We Wprowadzeniu (Rozdział 1) Doktorantka przedstawia motywację podjęcia tematyki pracy (p.
1.2), dalej „Cel i zakres pracy” (p. 1.2) oraz układ treści prezentowanych w poszczególnych
rozdziałach (p. 1.3). Geneza pracy została przedstawiona w sposób dość pobieżny, poparto ją
właściwie tylko zainteresowaniami Doktorantki, bez odniesienia do aktualnego stanu wiedzy na
podjęty
temat.
Jako
główny
cel
pracy
przyjęto wytworzenie i
zbadanie
materiału
otwartokomórkowego z metalu o strukturze regularnej (wypukłokomórkowej), a także o strukturze
analogicznej do struktury polimerów komórkowych o ujemnym współczynniku rozszerzalności
poprzecznej (wklęsłokomórkowej). Cel ten został rozbity na kilka celów pośrednich i na tej
podstawie określono zakres planowanych działań.
2/8
Można uznać, że cel i zakres pracy zostały – z drobnymi zastrzeżeniami – właściwie
postawione; uzasadnia je aktualny stan wiedzy na rozważany temat, choć nie zostało to na
wstępnie dowiedzione, a co najwyżej pośrednio potwierdzone w rozważaniach prowadzonych w
kolejnych rozdziałach. Pod względem logicznej spójności prowadzonych wywodów, korzystniejszy
w moim przekonaniu byłby taki układ pracy, w którym wyznaczony cel i jej zakres przedstawione
byłyby jako konsekwencja opisanego wcześniej aktualnego stanu wiedzy na rozważany temat, ze
wskazaniem jakie braki w obecnej wiedzy uzupełniać będzie praca. Inicjatywa polegająca na
„podjęciu współpracy z ośrodkami zewnętrznymi i skoordynowaniu prac w celu wytworzenia
próbek”, choć należy ją docenić (por. p. 3 recenzji), nie może być uznana – wbrew temu jak została
przedstawiona – za cel pracy (choćby pośredni), gdyż w istocie stanowi jedynie sposób osiągnięcia
celu, tj. wytworzenia próbek.
Z wyłączeniem podsumowania (tj. Rozdziału 6), każdy z kolejnych rozdziałów (a więc 2-5)
poprzedza krótka, przedstawiona w punktach, charakterystyka prezentowanych w nim informacji, co
pozytywnie wpływa na przejrzystość pracy.
W rozdziale 2 przedstawione zostały systematyka i nazewnictwo materiałów porowatych, ze
szczególnym uwzględnieniem tych, które objęte zostały programem badań eksperymentalnych, jak
otwartokomórkowe aluminium, otwartokomórkowa miedź, czy też – wykorzystywany pomocniczo otwartokomórkowy poliuretan. Dodatkowo, jako szczególną klasę przedstawiono materiały
auksytyczne. Doktorantka w sposób bardzo wnikliwy porządkuje kwestie terminologiczne
dotyczące
rozpatrywanych
materiałów.
Pewnym
mankamentem
tych
rozważań
jest
nieuporządkowany układ treści. Od początku rozdziału (punkt 2.1) pojawiają się pojęcia: materiały
otwartokomórkowe, wklęsłokomórkowe, materiały aksytyczne, podczas gdy nazwy te wyjaśnione są
dopiero w kolejnym punkcie (2.2.2. Materiały porowate). Podobnie Tabela – Rysunek 2.2 – odwołuje
się do pojęć, które na tym etapie nie zostały jeszcze wyjaśnione; jak indeks PPI (omówiony dopiero w
p. 4.3.2.2.2), gęstość pozorna (p. 4.3.2.2.1), współczynnik kompresji objętościowej (p. A.2.3.1.2.).
Niektóre fragmenty prezentowanych w rozdziale 2 rozważań potraktowane zostały w sposób nazbyt
szczegółowy, jak chociażby: wyjaśnienia pojęcia „struktury sieciowe” (str. 17 – 18), a przy tym
niuansów lingwistycznych i etymologicznych dotyczących angielskiego odpowiednika tego terminu
(lattices), czy też refleksje nad językiem naukowym (p. 2.2.6) – trafne, lecz mało wnoszące do tematu
pracy. Mimo tych uwag, należy podkreślić, że Doktorantka wykazała się ekspercką wiedzą na temat
systematyki i nazewnictwa materiałów porowatych, a przedstawione opracowanie jest rzetelną
wykładnią na ten temat.
Rozdział 3 opisuje technologie wytwarzania metalicznych materiałów porowatych, począwszy od
metod stosowanych w przemyśle i opisanych na podstawie literatury, a skończywszy na opisie
prowadzonych przy współpracy z kilkoma ośrodkami naukowymi, własnych prób wytworzenia
3/8
otwartokomówkowego materiałów metalicznego z miedzi, a następnie z aluminium. Ta część
rozprawy (p. 3.3 i 3.4) ma formę naukowego dziennika – chronologicznego opisu działań.
Szczegółowo przedstawiona została analiza przyczyn wyboru takich a nie innych materiałów, ze
wszystkimi tego wadami i zaletami, a następnie kolejne próby wykonania materiału, także te
zakończone fiaskiem (po 3 dla każdego materiału). Jakkolwiek rozumiem chęć wykazania, że droga
do opracowania skutecznej technologii produkcji materiału metalicznego była długa i okupiona
wieloma porażkami, to jednak uważam, że takiej formy dokumentowania tych porażek należy w
pracy doktorskiej unikać. Mimo znów bardzo szczegółowego opisu kolejnych etapów
postępowania zabrakło istotnej informacji nt. składu zawiesiny użytej do pogrubiania pręcików
proformy. Rozumiem jednak, że ma to związek z procedurą uzyskania patentu, co wyjaśniono we
wnioskach. Mimo powyższych zastrzeżeń, rozdział 3 (w punktach 3.3. i 3.4), dokumentuje w sposób
skuteczny zrealizowanie trzech z założonych w pracy celów pośrednich, tj.: (i) przyjęcie założeń
metody wytworzenia docelowych materiałów (p. 3.1), (ii) dokonanie wyboru parametrów
struktury oraz metalu szkieletu materiału komórkowego (p. 3.2), (iii) wytworzenie próbek we
współpracy z ośrodkami zewnętrznymi (p. 3.3 i 3.4). W kolejnym punkcie (3.5) Doktorantka opisuje
sposób wytwarzania auksetycznych materiałów porowatych o strukturze wklęsłokomórkowej i na
tej podstawie proponuje (p. 3.6.1), a następnie stosuje (p. 3.6.2 oraz załącznik A) własną
prototypową metodę wykonania auksetyków o szkielecie metalicznym, polegającą na ich odlaniu
(w
tym
przypadku
z
aluminium),
z
użyciem
preformy
polimerowej,
której
cechę
wklęsłokomórkowości uzyskano dzięki specjalnie opracowanej obróbce termicznej, opisanej
szczegółowo w załączniku A.
Rozdział 4 poświęcony jest metodologii prowadzenia badań – głównie wytrzymałościowych –
materiałów komórkowych. Po krótkim omówieniu podstaw podejścia eksperymentalnego (punkt
4.1), w punkcie 4.2 zostały wymienione, bądź co najwyżej bardzo krótko scharakteryzowane, kolejno:
normy (p. 4.2.1), książki (p. 4.2.2), artykuły (p. 4.2.3), dysertacje (p. 4.2.4) i e-źródła (p. 4.2.5)
traktujące o technikach eksperymentalnych stosowanych w badaniach komórkowych materiałów
metalicznych, w sposób literalny, pozycja – po – pozycji, bez przegrupowania treści według
zagadnień. Niekiedy przedstawiony w ten sposób wykaz źródeł literaturowych niemal nie różni się od
spisu bibliograficznego (jednostronicowy punkt 4.2.1 mógłby zostać zastąpiony powołaniem [58-73]).
Znów odnaleźć można fragmenty gdzie podejmowane kwestie rozważano są zbyt szczegółowo, jak na
potrzeby pracy (np. p. 4.3.2.2.2 – Indeks PPI). Wątpliwość może także budzić celowość
schematycznego podawania streszczeń kolejnych źródeł bibliograficznych (p. 4.2.2 – 4.2.4). Za
właściwą i wyczerpującą formę przeglądu tej literatury uznać można następny punkt (p. 4.3), w
którym na jej podstawie dokonano syntetycznego opisu metodyki wybranych badań
eksperymentalnych, z uzupełnieniem o własne oryginalne propozycje i komentarze. W punktach
4/8
4.3.3 i 4.3.4 została przedstawiona analiza wszystkich aspektów statycznych badań metalicznych
gąbek przy jednoosiowych testach rozciągania i ściskania (p. 4.3.3) oraz przy wyznaczaniu ich
współczynnika rozszerzalności poprzecznej (p. 4.3.4). Można to uznać za element realizacji
kolejnego pośredniego celu pracy (p. 1.2), tj. zaprojektowania procedur badawczych dla
wytworzonych materiałów.
Zastosowanie tych procedur oraz uzyskane dzięki nim wyniki przedstawiono w rozdziale 5,
dokumentującym ostatni z założonych celów pośrednich pracy, tj. przeprowadzenie doświadczeń
służących ocenie podstawowych właściwości wytrzymałościowych i funkcjonalnych otrzymanych
materiałów wraz z analizą uzyskanych wyników. Doświadczenia te przeprowadzone zostały dla kilku
grup materiałów:
- dostępnego komercyjnie otwartokomórkowego materiału z miedzi,
- wytworzonego w ramach pracy otwartokomórkowego materiału z miedzi,
- wytworzonego otwarto – wypukłokomórkowego materiału z aluminium,
- wytworzonego otwarto – wklęsłokomórkowego materiału z aluminium.
Doświadczenia obejmowały oznaczenie cech strukturalnych oraz osiowe ściskanie i rozciąganie
próbek materiałowych. Według przyjętych definicji oznaczone zostały wytrzymałość na rozciąganie
oraz wytrzymałość na ściskanie. Na podstawie uzyskanych wyników sformułowano wnioski dotyczące
własności porowatych materiałów metalicznych przy obciążeniu quasi-statycznym, proponując przy
tym rożne miary do oceny cech sprężystych tych materiałów, jak: chwilowy sieczny gradient pętli,
średni chwilowy sieczny gradient pętli, średni liniowy gradient pętli. Uzyskane wyniki pozwoliły na
jakościowe określenie niektórych związków między parametrami strukturalnymi wypukło- i
wklęsłokomórkowego aluminium (jak np. gęstość pozorna, współczynnik VCR), a jego własnościami
mechanicznymi. Przedstawione w rozdziale 5 wyniki badań eksperymentalnych uzupełnione są o
bardzo szczegółowe dane pomiarowe przedstawione w formie 23 tabel w załączniku B. Dowodzą
one, że Doktorantka posiada nawyk rzetelnego prowadzenia badań i skrupulatnego dokumentowania
wyników. Trudno jednak oprzeć się wrażeniu, że niekiedy ta skrupulatność i szczegółowość
praktykowana jest na wyrost, bez efektywnego przełożenia na wzrost praktycznych wartości
uzyskanych wyników, wobec niejednokrotnie dużego, z samej natury rzeczy, rozrzutu mierzonych
wielkości i niepowtarzalności obserwowanych zjawisk. Przesadnie szczegółowo potraktowany został
także ujęty w punkcie 5.1.2 opis aparatury badawczej.
Całość pracy podsumowana jest w rozdziale 6, opisującym osiągnięte w pracy cele (p. 6.1),
ogólne wnioski (p. 6.2.1), oryginalne osiągnięcia (p. 6.2.2) i perspektywy dalszych badań (p. 6.2.3).
5/8
Ogólnie praca napisana jest bardzo starannym, wysmakowanym językiem. Nieliczne
uchybienia stylistyczne czy interpunkcyjne jakich można by się doszukać mają co najwyżej
dyskusyjny charakter.
3. Najważniejsze osiągnięcia Doktorantki
Do najważniejszych związanych z pracą osiągnięć Doktorantki zaliczyć można:
a)
Szczegółowe opracowanie na temat systematyki i nazewnictwa materiałów porowatych,
porządkujące licznie, pojawiające się dotąd w naukowych publikacjach, nieścisłości
terminologiczne.
b)
Opracowanie – we współpracy z kilkoma ośrodkami naukowymi – technologii wytwarzania
metalicznych materiałów porowatych z miedzi i z aluminium, co obecnie jest przedmiotem
zabiegów zmierzających do uzyskania ochrony patentowej. Warto podkreślić, że w celu
opracowania tej technologii Doktorantka zorganizowała, a następnie koordynowała współpracę
kliku ośrodków naukowych – m.in. Instytutu Odlewnictwa w Krakowie i Instytutu Ceramiki i
Materiałów Budowlanych, Oddziału Materiałów Ogniotrwałych w Gliwicach – co, chociaż nie jest
w pracy doktorskiej osiągnięciem naukowym sensu stricto, to jednak stanowi niewątpliwie
istotny, niewymierny wkład w dziedzinie rozwoju produkcji materiałów komórkowych w Polsce.
c)
Zaproponowanie własnej, oryginalnej metody wytwarzania materiałów wklęsłokomórkowych o
szkielecie metalicznym, dzięki twórczemu wykorzystaniu właściwości otwartokomórkowych
polimerów w połączeniu z opracowaną technologią odlewania metalicznych materiałów
porowatych.
d)
Opracowanie metodyki quasi – statycznych badań mechanicznych materiałów porowatych, w
licznych szczegółach nowatorskiej, z uwagi na brak dla rozważanych materiałów ugruntowanych
metod badawczych.
e)
Zrealizowanie dość obszernego programu badań eksperymentalnych, obejmującego statyczne
próby rozciągania i ściskania kilku grup metalicznych materiałów komórkowych; zaproponowano
przy tym nowe miary do oceny cech sprężystych tych materiałów; wskazano na niektóre
jakościowe związki pomiędzy parametrami strukturalnymi i własnościami mechanicznymi
badanych materiałów.
4. Uwagi krytyczne
Analiza tekstu rozprawy nasuwa pewne uwagi, zarówno o ogólnym jak i szczegółowym
charakterze, zapewne w części dyskusyjne. Część z nich została już przedstawiona we wcześniejszych
fragmentach recenzji. Ogólne ich podsumowanie można ująć w podanych niżej punktach.
6/8
a)
Zastrzeżenia, bądź przynajmniej wątpliwości, budzić mogą pewne szczegóły dotyczące formy i
układu treści pracy, przykładowo:
 rozmyty podział na „część teoretyczną” i część prezentującą dokonania Doktorantki,
 wspólna numeracja tabel i rysunków,
 sformułowanie celu i zakresu pracy, bez nawiązania do aktualnego stanu wiedzy,
 niekonsekwentne opisy rysunków, tj. częsty brak nadrzędnego tytułu rysunku obejmującego
kilka rysunków składowych (np. rys. 2.3 - str. 15, rys. 3.6 - str. 31, rys. 3.12 - str. 35 i inne)
 używanie pojęć nim zostały one zdefiniowane, np. indeks PPI (używany w p. 2.1 – wyjaśniony
w p. 4.3.2.2.2), współczynnik kompresji objętościowej VCR (używany w p. 2.1 – wyjaśniony w
p. A.2.3.1.2), gęstość pozorna (używana w p. 2.1 – wyjaśniona w p. 4.3.2.2.1), wartość
Visiocell (używana w p. A.2.1 – wyjaśniona w p. A.2.1.2), i in.
 fragmenty mające formę naukowego dziennika (p. 3.3 i 3.4) lub naukowych notatek (4.2),
 zbyteczne podawanie w tekście rozprawy tytułów cytowanych prac, gdy ujęte są one w spisie
bibliograficznym.
b)
Jak to wynika z licznych wcześniejszych fragmentów recenzji, Doktorantka częstokroć wykazuje
tendencję do nieuzasadnionego brnięcia w szczegóły.
c)
Wielopoziomowa numeracja podpunktów kontynuowana aż do 5 poziomu – formalnie nie jest
to błąd, ale cecha utrudniająca percepcję pracy, szczególnie gdy enigmatyczny niekiedy tytuł
zrozumiany być może jedynie w kontekście czterech poziomów tytułów nadrzędnych (np.
4.3.2.1.3. Porowatość, albo 4.3.3.1.1. Próbki).
d)
Doktorantka przyjęła zasadę, aby wprowadzając jakiś termin, podawać także jego nazwę
angielską. Ma to uzasadnienie, gdy chodzi o termin ściśle związany z tematyką pracy, szczególnie
gdy polskojęzyczna nazwa nie jest ugruntowana. W przypadku pojęć, które w pracy pojawiają się
okazjonalnie (jak. np. „katalizatory w silnikach Diesla”, „zastosowania wojskowe i obronne”,
„zderzaki samochodowe”, „dziób rakiety kosmicznej Ariane” – str. 13) nie ma potrzeby
stosowania tej zasady.
e)
Wśród zalet zaproponowanej metody wytwarzania metalicznego auksetyku (p. 3.6.1 – str. 43)
Doktorantka wymienia odtworzenie stochastycznego rozkładu komórek polimerowych, w
odróżnieniu od powtarzalnych geometrii struktur LBM. Czy w tym zestawieniu nie należy raczej
uznać za zaletę powtarzalność struktury LBM, a co za tym idzie, powtarzalność jej własności
mechanicznych?
f)
W badaniach eksperymentalnych zabrakło ostatecznej weryfikacji, czy wytworzony dzięki jej
pomysłowi materiał wklęsłokomórkowy o szkielecie aluminiowym jest auksetykim.
Ponadto w pracy odnaleźć można także drobne potknięcia edycyjne o mniejszym znaczeniu,
które nie będą tu szczegółowo przytaczane.
7/8
5. Wniosek końcowy
Z przedstawionej recenzji rozprawy doktorskiej wynika, że podjęty został w niej nowatorski
temat, o dużym znaczeniu praktycznym. Postawione na wstępie cele pracy zostały zrealizowane.
Rozprawa prezentuje oryginalne osiągnięcie Doktorantki, które obejmowało: (i) opracowanie we
współpracy z kilkoma ośrodkami naukowymi technologii wytworzenia komórkowych materiałów o
szkielecie miedzianym i aluminiowych, (ii) zaproponowanie własnej oryginalnej metody wytwarzania
materiału wklęsłokomórkowego o szkielecie metalicznym, (iii) ocenę własności wytrzymałościowych i
funkcjonalnych materiałów komórkowych wykonanych według opracowanych metod.
Przedstawiona wyżej ocena, pomimo pewnych uwag krytycznych, pozwala stwierdzić, że
rozprawa doktorska mgr inż. Anny Stręk spełnia wymogi określone ustawą z dnia 14 marca 2003 r.
o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki i w związku z
tym wnioskuję o jej dopuszczenia do publicznej obrony w dyscyplinie mechanika.
dr hab. inż. Tomasz Machniewicz
8/8